史文中，陳鵬飛，張效康

1. 香港理工大學(xué)武漢大學(xué)空間信息聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，香港； 2. 武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079； 3. 香港理工大學(xué)土地測(cè)量與地理資訊學(xué)系，香港

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性分析

史文中1,3，陳鵬飛2，張效康2

1. 香港理工大學(xué)武漢大學(xué)空間信息聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，香港； 2. 武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079； 3. 香港理工大學(xué)土地測(cè)量與地理資訊學(xué)系，香港

可靠性是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)最重要的理論問(wèn)題之一。本文依據(jù)空間數(shù)據(jù)可靠性基礎(chǔ)理論，研究地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性?；仡櫯c分析了可靠性理論，定義了地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性的范疇；提出了地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性研究框架以及相應(yīng)的可靠性評(píng)估內(nèi)容、指標(biāo)以及流程；介紹了理論成果應(yīng)用于第一次全國(guó)地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)成果總體可靠性評(píng)估；最后展望了地理空間數(shù)據(jù)可靠性的未來(lái)發(fā)展方向。

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)；可靠性分析；可靠性指標(biāo)體系

國(guó)情是指某一個(gè)國(guó)家某個(gè)時(shí)期的基本情況，是制定與實(shí)施國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃的重要依據(jù)。地理國(guó)情以地理信息為載體，從地理的角度對(duì)自然環(huán)境、人文地理要素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的基本情況進(jìn)行綜合表達(dá)，是基本國(guó)情的重要組成部分[1-2]。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)是利用現(xiàn)代測(cè)繪地理信息技術(shù)，對(duì)自然、人文和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等要素動(dòng)態(tài)變化的監(jiān)測(cè)，是科學(xué)、及時(shí)掌握地理國(guó)情信息，提供權(quán)威、準(zhǔn)確的地理信息服務(wù)的重要手段[3]。為全面掌握地理國(guó)情現(xiàn)狀，建立常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，國(guó)家測(cè)繪地理信息部門(mén)已在2016年完成了第一次全國(guó)地理國(guó)情普查[4]。

地理國(guó)情信息是國(guó)家職能部門(mén)制定戰(zhàn)略做出決策的重要依據(jù)，可靠的地理國(guó)情信息是做出科學(xué)決策的保障；相反，不可靠的地理國(guó)情信息可能造成決策失誤，給國(guó)家造成損失[5-6]。為準(zhǔn)確地把握地理國(guó)情監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠程度，迫切需要研究地理國(guó)情動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的可靠性分析理論方法與實(shí)用技術(shù)。

可靠性的概念源于對(duì)產(chǎn)品可靠性的描述，由美國(guó)國(guó)防部電子設(shè)備可靠性咨詢(xún)組(AGREE)在1957年首先提出，指的是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力[7]。自從可靠性概念提出以來(lái)，可靠性理論得到發(fā)展，已滲透各學(xué)科領(lǐng)域，例如航空航天、電子設(shè)備、機(jī)械元件、車(chē)輛產(chǎn)品、電力系統(tǒng)、軟件和網(wǎng)絡(luò)等[8-9]。

地理空間可靠性理論是對(duì)空間不確定性理論[10-11]的拓展?？煽啃岳碚搹?qiáng)調(diào)在數(shù)據(jù)、模型及方法層面的可靠性度量與控制，最終提高成果的可靠程度。在測(cè)繪地理信息領(lǐng)域，文獻(xiàn)[12]拓展了誤差理論和測(cè)量平差過(guò)程理論，提出可靠性的概念。文獻(xiàn)[13]開(kāi)拓了攝影測(cè)量學(xué)中的可靠性理論。文獻(xiàn)[14]探討了可靠性空間分析理論，提出了空間數(shù)據(jù)可靠性定量描述指標(biāo)。針對(duì)地表覆蓋數(shù)據(jù)提出了可靠性評(píng)估方法，用于大范圍地表覆蓋數(shù)據(jù)可靠性驗(yàn)證[15]。文獻(xiàn)[15]探討了可靠性地理國(guó)情動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)相關(guān)理論和技術(shù)，提出了地理國(guó)情動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可靠性分析理論，通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可靠性分析，對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程和監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為決策提供可靠的地理國(guó)情信息。在影像變化檢測(cè)領(lǐng)域，文獻(xiàn)[16]研究了變化檢測(cè)的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出一種基于可靠性加權(quán)的多方法融合技術(shù)。在遙感影像分類(lèi)領(lǐng)域，文獻(xiàn)[17]系統(tǒng)研究了遙感數(shù)據(jù)分類(lèi)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性提升方法，分析了不確定性對(duì)分類(lèi)結(jié)果精度的影響，提出了遙感數(shù)據(jù)的可靠性分類(lèi)方法。

地表覆蓋數(shù)據(jù)與重要國(guó)情要素的可靠性研究是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性分析中的重點(diǎn)。目前針對(duì)地表覆蓋的相關(guān)研究主要集中在其精度評(píng)價(jià)與不確定性分析上。文獻(xiàn)[18]總結(jié)了針對(duì)地表覆蓋的精度評(píng)價(jià)的常用方法和應(yīng)用背景，指出了基于混淆矩陣的地表覆蓋數(shù)據(jù)分類(lèi)精度評(píng)價(jià)的所存在的問(wèn)題。文獻(xiàn)[19]對(duì)基于遙感影像的4個(gè)全球性地表覆蓋制圖項(xiàng)目進(jìn)行了不確定性分析，指出地表覆蓋的分類(lèi)系統(tǒng)和精度驗(yàn)證方法是影響不確定性的最主要因素。文獻(xiàn)[20]利用支持向量機(jī)的方法對(duì)土地利用和地表覆蓋(LULC)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，并闡述了特征選擇對(duì)于分類(lèi)精度的影響。文獻(xiàn)[21]利用回歸分析和方差分析的手段對(duì)LULC變化的全球性預(yù)測(cè)進(jìn)行了不確定性分析，指出了LULC變化的不確定性具有區(qū)域性，并與特定地物種類(lèi)有關(guān)，同時(shí)指出生物活動(dòng)密集的區(qū)域邊界是不確定性出現(xiàn)的熱點(diǎn)位置。文獻(xiàn)[22]對(duì)利用OpenStreetMap(OSM)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速LULC制圖的不確定性進(jìn)行了研究，針對(duì)遙感影像中的噪聲和OSM數(shù)據(jù)中屬性誤差和位置誤差提出了相應(yīng)的解決方案。文獻(xiàn)[23]利用影像幾何與輻射重建、異質(zhì)異構(gòu)服務(wù)化集成、對(duì)象化分層分類(lèi)、知識(shí)化檢核處理等技術(shù)方法，將全球30 m分辨率地表覆蓋遙感制圖的空間分辨率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然已經(jīng)出現(xiàn)了較多關(guān)于地表覆蓋數(shù)據(jù)的精度評(píng)價(jià)模型和不確定分析方法，但仍缺少完整的、針對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的可靠性評(píng)估模型。

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性分析旨在解決地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程與監(jiān)測(cè)成果中的可靠性問(wèn)題。針對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的復(fù)雜性、時(shí)空動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，系統(tǒng)研究地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程和監(jiān)測(cè)成果的可靠性度量、描述與控制方法，包括地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果可靠性基礎(chǔ)理論與方法、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)可靠性綜合評(píng)估方法、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程可靠性建模與控制等。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性理論研究將為實(shí)現(xiàn)可靠的國(guó)情決策提供理論和技術(shù)支撐。

1 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性分析的研究對(duì)象、內(nèi)容與關(guān)鍵問(wèn)題

1.1 研究對(duì)象

1.1.1 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果

空間數(shù)據(jù)可靠性是指在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)空間數(shù)據(jù)表達(dá)的內(nèi)容(包括位置、屬性和時(shí)間等)與現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)情況的吻合程度。由于對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界認(rèn)知存在不確定性，實(shí)際應(yīng)用中通常無(wú)法獲取絕對(duì)的現(xiàn)實(shí)世界的真值,通常以參考值取而代之。因此，在實(shí)際操作中需根據(jù)特定應(yīng)用，分析應(yīng)用所限定的范疇，評(píng)價(jià)描述數(shù)據(jù)與該應(yīng)用范疇參考值的吻合程度。根據(jù)上述分析，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性可以定義為，在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與地理國(guó)情監(jiān)測(cè)應(yīng)用范疇真實(shí)情況(或參考數(shù)據(jù)表述情況)的吻合程度。

1.1.2 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程

在質(zhì)量管理中，過(guò)程被定義為將輸入轉(zhuǎn)換成預(yù)期輸出的一系列活動(dòng)[24]。相應(yīng)的，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程可以定義為將地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中的觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為最終成果的一系列數(shù)據(jù)分析與處理的活動(dòng)。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程可靠性的研究關(guān)注地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程中的可靠性因素，通過(guò)分析監(jiān)測(cè)過(guò)程各環(huán)節(jié)中存在的不確定性問(wèn)題以及各環(huán)節(jié)間的相互關(guān)系，找出可靠性相對(duì)較低的環(huán)節(jié)并對(duì)其進(jìn)行可靠性控制，從而實(shí)現(xiàn)國(guó)情監(jiān)測(cè)成果整體高可靠性。

1.2 研究?jī)?nèi)容

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性的研究是對(duì)傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)不確定性分析以及可靠性理論的擴(kuò)展，從分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及監(jiān)測(cè)過(guò)程中的可靠性影響因子以及可靠性傳播過(guò)程入手，建立有效的可靠性評(píng)估機(jī)制和可靠性控制方法。研究成果將為監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)實(shí)施技術(shù)的確定以及基于監(jiān)測(cè)成果的國(guó)情決策提供依據(jù)。

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性分析的研究主要包含4個(gè)方面：

(1) 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性因素分析。深入研究地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)流程，分析對(duì)客觀世界表達(dá)、認(rèn)知過(guò)程中以及在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取、處理過(guò)程中影響可靠性的因素，研究可靠性因素的表達(dá)方式。

(2) 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果可靠性指標(biāo)與評(píng)估模型。結(jié)合空間數(shù)據(jù)可靠性理論，分析可靠性因素之間的關(guān)系，構(gòu)建針對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果的特點(diǎn)和應(yīng)用的可靠性指標(biāo)，建立定量化評(píng)估地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果可靠性的評(píng)估模型和評(píng)估方法。

(3) 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程可靠性傳播與建模。分析各個(gè)可靠性因素對(duì)于監(jiān)測(cè)過(guò)程以及監(jiān)測(cè)成果可靠性的影響，構(gòu)建過(guò)程可靠性傳播模型，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程的可靠性評(píng)估與控制提供基礎(chǔ)理論與方法。

(4) 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程可靠性控制。在監(jiān)測(cè)可靠性傳播機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)可靠性低的環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中不確定性的方法，建立地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程可靠性控制模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程可靠性的提高。

1.3 關(guān)鍵問(wèn)題

1.3.1 動(dòng)態(tài)信息的可靠性評(píng)估

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的可靠性研究需要著重關(guān)注監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性特征。根據(jù)現(xiàn)有資料，按照一年更新一次計(jì)算，國(guó)情監(jiān)測(cè)的變化數(shù)據(jù)將會(huì)以15%的速度增長(zhǎng)[25]。為保證對(duì)更新后的國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性進(jìn)行快速、全面的評(píng)估，需針對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的變化數(shù)據(jù)建立局部、快速的可靠性評(píng)估機(jī)制，探索變化數(shù)據(jù)可靠性信息與原監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性信息的綜合方法，降低常態(tài)化可靠性評(píng)估的時(shí)間、人工成本，獲得與變化數(shù)據(jù)更新時(shí)刻相一致的可靠性評(píng)估結(jié)果；同時(shí)，需要加強(qiáng)研究地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間邏輯關(guān)系，為變化數(shù)據(jù)的可靠性控制理論與方法提供基礎(chǔ)。

1.3.2 復(fù)雜環(huán)境下的可靠性度量

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)涉及來(lái)自多個(gè)部門(mén)和行業(yè)的多源、多專(zhuān)題數(shù)據(jù)，不僅包含海量的空間數(shù)據(jù)，還存在大量的非空間數(shù)據(jù)，不僅增加了可靠性因素分析的難度，也導(dǎo)致了大量的非結(jié)構(gòu)化、定性、模糊的不確定性問(wèn)題，使得地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的可靠性研究具有更大的復(fù)雜性。傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)不確定性分析與可靠性理論已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中對(duì)于復(fù)雜、海量、多元空間與非空間數(shù)據(jù)的可靠性度量。因此，分析復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境背景下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性因素，研究空間與非空間、結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的相似性和相互關(guān)系，解決非空間數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的可靠性描述與度量方法，是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性研究的重要問(wèn)題之一。

1.3.3 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的可靠性

地理國(guó)情信息的統(tǒng)計(jì)分析是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的重要成果之一。統(tǒng)計(jì)分析成果的可靠性受到了包括分類(lèi)系統(tǒng)、采集指標(biāo)、解譯方法以及空間統(tǒng)計(jì)分析方法(如地統(tǒng)計(jì)分析、空間聚類(lèi)、空間關(guān)聯(lián)分析)等一系列因素的影響。研究數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)定、影像解譯、統(tǒng)計(jì)模型、分析方法中存在的不確定性問(wèn)題，對(duì)統(tǒng)計(jì)分析中的可靠性傳播過(guò)程進(jìn)行建模，是有效提高統(tǒng)計(jì)分析成果可靠性的關(guān)鍵。

1.3.4 可靠性分析尺度

可靠性分析尺度是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性研究的重點(diǎn)。從空間上看，監(jiān)測(cè)可靠性分析的對(duì)象可以是某一特定地理單元(如縣、市、省級(jí)行政區(qū))；從地物分類(lèi)上看，僅基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的內(nèi)容便達(dá)到了10個(gè)一級(jí)類(lèi)、59個(gè)二級(jí)類(lèi)以及143個(gè)三級(jí)類(lèi)，可靠性分析的對(duì)象既可以是其中某一特定類(lèi)型或多個(gè)類(lèi)型的綜合。隨著可靠性分析尺度的變化，可靠性分析的結(jié)果會(huì)呈現(xiàn)不同的統(tǒng)計(jì)特征和分布特征。在具體的可靠性分析應(yīng)用中，需根據(jù)應(yīng)用的具體要求選擇適宜的分析尺度，從而保證可靠性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

1.3.5 綜合決策問(wèn)題

提高綜合決策的可靠程度是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性分析研究的主要目的之一。傳統(tǒng)測(cè)繪業(yè)務(wù)的決策問(wèn)題通常面向單一應(yīng)用范疇，但由于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的復(fù)雜性和綜合性，其決策問(wèn)題涉及多個(gè)不同應(yīng)用范疇。開(kāi)展地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性分析需要充分考慮具體決策問(wèn)題當(dāng)中所涉及的多應(yīng)用范疇的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有綜合性、整體性的可靠性分析模型，分析決策過(guò)程中決策信息、知識(shí)、目標(biāo)的可靠性問(wèn)題，為決策者提供宏觀的可靠性分析結(jié)果、評(píng)估參考和數(shù)據(jù)支持。

2 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性分析方法

2.1 數(shù)據(jù)結(jié)果可靠性評(píng)估

根據(jù)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性的定義，其可靠性指標(biāo)須針對(duì)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而大多數(shù)情況下，空間數(shù)據(jù)可靠性評(píng)估時(shí)中不會(huì)明確限定空間數(shù)據(jù)的有限應(yīng)用，這就給地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性指標(biāo)的設(shè)置帶來(lái)了困難。如何全面描述地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)當(dāng)前面對(duì)以及在將來(lái)可能的應(yīng)用過(guò)程中可能出現(xiàn)的可靠性問(wèn)題，是構(gòu)建合理的空間數(shù)據(jù)可靠性指標(biāo)的難點(diǎn)之一。

如圖1所示，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性評(píng)估流程可以分為3個(gè)步驟：數(shù)據(jù)應(yīng)用功能分析、可靠性指標(biāo)構(gòu)建、整體可靠性評(píng)估。

圖1 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果可靠性評(píng)估流程Fig.1 Reliability evaluation process for resultant data of geographical conditions monitoring

(1) 數(shù)據(jù)應(yīng)用功能分析：通過(guò)分析地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的主要目標(biāo)和其數(shù)據(jù)本身的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容與類(lèi)型，推導(dǎo)出其可能的應(yīng)用場(chǎng)景，從而得出地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用功能。在常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的背景下，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)的基本功能可以分為兩個(gè)部分，一是掌握國(guó)情要素的分布現(xiàn)狀及變化，二是開(kāi)展地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析。此外，根據(jù)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)思路，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并輔以其他綜合性統(tǒng)計(jì)或其他行業(yè)的數(shù)據(jù)，提供準(zhǔn)確的國(guó)情要素分布、完整的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及適用性強(qiáng)的數(shù)據(jù)底圖是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)目前階段主要的3類(lèi)功能。

(2) 可靠性指標(biāo)構(gòu)建：根據(jù)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上述3類(lèi)主要功能，結(jié)合可靠性空間分析理論的相關(guān)研究[14]，構(gòu)建地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性評(píng)估指標(biāo)體系。具體包括：現(xiàn)勢(shì)性、魯棒性、準(zhǔn)確性、一致性、完整性、適用性。現(xiàn)勢(shì)性反映地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)時(shí)刻指定現(xiàn)實(shí)世界狀況的吻合程度；魯棒性指地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過(guò)程中，能夠持續(xù)保持表達(dá)指定現(xiàn)實(shí)世界狀況的能力；準(zhǔn)確性指地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的屬性記錄、幾何位置反映的指定現(xiàn)實(shí)世界狀況的準(zhǔn)確程度；一致性指地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分類(lèi)與指定現(xiàn)實(shí)世界狀況的一致程度；完整性指地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在實(shí)體位置、實(shí)體屬性、空間數(shù)據(jù)關(guān)系上與指定現(xiàn)實(shí)世界狀況相比的符合與缺失的情況；適用性指依據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)指標(biāo)生產(chǎn)的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)描述的空間信息與現(xiàn)實(shí)世界狀況的符合程度。

(3) 整體可靠性評(píng)估：地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性評(píng)估的最終結(jié)果是一個(gè)綜合指數(shù)。在理論上，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每個(gè)潛在功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)都是其可靠性綜合指數(shù)的組成成分之一，但由于各個(gè)功能的重要程度不同，在實(shí)際的綜合計(jì)算過(guò)程中，需要選擇需求較為明顯的應(yīng)用功能，并根據(jù)評(píng)估目的確定各個(gè)應(yīng)用功能的重要性，對(duì)各個(gè)指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重。最終通過(guò)加權(quán)方式獲得待評(píng)估數(shù)據(jù)的可靠性綜合指數(shù)。

2.2 過(guò)程可靠性評(píng)估與控制

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)程，包含大量的不確定性因素，這些因素在生產(chǎn)過(guò)程中不斷傳遞與累積，最終影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的整體可靠性。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程可靠性的影響因素(見(jiàn)圖2)主要包括：①遙感影像的類(lèi)型、分辨率、預(yù)處理精度等；②各類(lèi)基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息成果的準(zhǔn)確性與完整性；③人工目視解譯水平；④目標(biāo)提取、分類(lèi)、變化檢測(cè)算法的可靠性；⑤外業(yè)核查的準(zhǔn)確性。

圖2 數(shù)據(jù)處理過(guò)程可靠性影響因素分析Fig.2 Analysis of influential factors of data processing reliability

通過(guò)分析地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程，以及處理過(guò)程中的可靠性影響因素及其相互關(guān)系，研究了數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的可靠性傳播模型，如圖2所示。本文利用改進(jìn)的故障樹(shù)分析方法，針對(duì)上述過(guò)程可靠性指標(biāo)，建立監(jiān)測(cè)過(guò)程可靠性推理模型，描述和分析具有隨機(jī)性及關(guān)聯(lián)性的事件序列，確定事件之間的邏輯關(guān)系。通過(guò)對(duì)影響可靠性的各種因素進(jìn)行逐層分析，推導(dǎo)出監(jiān)測(cè)過(guò)程的可靠性傳播規(guī)律。該模型對(duì)參考數(shù)據(jù)的依賴(lài)較低，為地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性評(píng)估提出了一種新的解決途徑。在此基礎(chǔ)之上，可利用模糊數(shù)學(xué)理論與方法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中可靠性影響因子的重要度進(jìn)行度量，建立適用于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的過(guò)程可靠性控制方法，為改進(jìn)設(shè)計(jì)方案與過(guò)程控制通過(guò)依據(jù)，從而降低數(shù)據(jù)處理過(guò)程中不確定性的影響，最終達(dá)到提升數(shù)據(jù)結(jié)果可靠性的目的，具體流程如圖3所示。

2.3 地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)可靠性評(píng)估應(yīng)用

所提出的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性評(píng)估方法已應(yīng)用于第一次全國(guó)地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)成果總體評(píng)估中。通過(guò)對(duì)普查數(shù)據(jù)生產(chǎn)環(huán)境以及數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)特征的分析，系統(tǒng)研究造成普查成果數(shù)據(jù)與真實(shí)地表產(chǎn)生差異的各種因素，計(jì)算各個(gè)因素對(duì)數(shù)據(jù)成果的影響程度，經(jīng)賦予相應(yīng)的權(quán)重，最終統(tǒng)計(jì)獲得普查數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)所反映真實(shí)地表情況的可靠性。所提出可靠性理論在全國(guó)地理國(guó)情普查成果總體評(píng)估中的運(yùn)用，解決了這一國(guó)家工程成果可靠性評(píng)估的需求，為國(guó)家掌握第一次地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)成果的可靠程度提供了依據(jù)。通過(guò)將普查數(shù)據(jù)整體質(zhì)量評(píng)估結(jié)果與普查數(shù)據(jù)可靠性評(píng)估結(jié)果相互比較，更印證了普查成果質(zhì)量的可靠程度。該應(yīng)用為下一步常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)可靠性評(píng)估奠定了基礎(chǔ)，推動(dòng)了地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性理論研究的應(yīng)用實(shí)踐。

圖3 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)過(guò)程可靠性控制思想Fig.3 Concept of reliability control in geographical conditions monitoring process

3 展 望

根據(jù)對(duì)地理國(guó)情普查與監(jiān)測(cè)可靠性理論研究及應(yīng)用實(shí)踐，結(jié)合地理空間大數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀，提出以下幾個(gè)可靠性有關(guān)的發(fā)展方向供本領(lǐng)域研究人員參考：

3.1 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是開(kāi)展規(guī)范、持續(xù)國(guó)情監(jiān)測(cè)的可靠性評(píng)估，實(shí)施可靠性控制的重要保障。然而目前尚無(wú)正式的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)空間數(shù)據(jù)及地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性評(píng)估的內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范化約束。開(kāi)展與地理國(guó)情監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)建設(shè)和服務(wù)相關(guān)的可靠性評(píng)估內(nèi)容、評(píng)估指標(biāo)、量化方式以及抽樣方法的研究，提出地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性評(píng)估的相關(guān)規(guī)定，形成科學(xué)、完善的可靠性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)于長(zhǎng)期保障地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果的權(quán)威性具有重要意義。

3.2 可靠性變化檢測(cè)方法

發(fā)展可靠的遙感變化檢測(cè)技術(shù)，是提高地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果可靠性的重要途徑之一。在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中，數(shù)據(jù)源包括成像機(jī)理、特性各不相同的衛(wèi)星遙感光學(xué)影像、SAR影像等數(shù)據(jù)，目前針對(duì)此類(lèi)多源數(shù)據(jù)的變化檢測(cè)算法還尚不成熟，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求。需深入研究多源數(shù)據(jù)特征，研究適用于高時(shí)空分辨率影像的可靠的變化檢測(cè)方法，降低不同數(shù)據(jù)源及大氣等環(huán)境因素的影響，從而提高變化檢測(cè)方法的可靠性和實(shí)用性。

3.3 大數(shù)據(jù)的可靠性研究

常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)將促進(jìn)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的先進(jìn)技術(shù)與大數(shù)據(jù)的相互融合，推動(dòng)相關(guān)地理大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。地理大數(shù)據(jù)所具有的大量、多源、非結(jié)構(gòu)化、多尺度的特點(diǎn)，導(dǎo)致了大量的不確定性問(wèn)題，是地理大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效應(yīng)用的主要瓶頸之一。目前對(duì)于地理大數(shù)據(jù)領(lǐng)域可靠性研究還處于起步階段。以地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性理論與方法為基礎(chǔ)，開(kāi)展針對(duì)地理大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)可靠性研究，加速地理大數(shù)據(jù)廣泛與可靠的應(yīng)用。

3.4 可靠性全球測(cè)圖與地理信息服務(wù)

隨著數(shù)據(jù)采集、管理、訪問(wèn)、分析的技術(shù)的不斷進(jìn)步，全球測(cè)圖及地理信息服務(wù)將推動(dòng)測(cè)繪地理信息技術(shù)與理論發(fā)展?？煽啃苑治黾夹g(shù)已經(jīng)在局部區(qū)域空間數(shù)據(jù)以及空間數(shù)據(jù)分析中得到了研究與應(yīng)用，但針對(duì)全球地理信息的可靠性，仍然缺少對(duì)應(yīng)的理論與方法。擴(kuò)展傳統(tǒng)的可靠性理論，實(shí)現(xiàn)全球地理信息處理過(guò)程中的可靠性控制，有利建立可靠的全球地理信息網(wǎng)絡(luò)，是提供可靠性全球地理信息服務(wù)的關(guān)鍵之一。

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(責(zé)任編輯：宋啟凡)

Reliability Analysis in Geographical Conditions Monitoring

SHI Wenzhong1,3,CHEN Pengfei2,ZHANG Xiaokang2

1. Joint Research Laboratory on Spatial Information, The Hong Kong Polytechnic University and Wuhan University,Hong Kong,China; 2. School of Remote Sensing and Information Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079,China; 3. Department of Land Surveying and Geo-Informatics, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong,China

Reliability is one of the most important theoretical problems in geographical conditions monitoring. In this paper, it presented that the research on the reliability of geographical conditions monitoring was based on the theory of spatial data reliability. First, it reviewed and analyzed the theory of spatial data reliability. The scope of reliability of geographical conditions monitoring data is defined. Secondly, it proposed the framework of the reliability evaluation of the monitoring data, and it identified the contents, indicators, and process of the reliability evaluation correspondingly. Then, it introduced the application of the above theoretical results on overall reliability evaluation of the resultant data from the First National Geographical Survey. Finally, some prospects for future research on the reliability of geospatial data were given.

geographical conditions monitoring； reliability analysis； reliability index system

The Key Program of National Natural Science Foundation of China (No. 41331175)；The Special Fund for Technological Leading Talents of the National Administration of Surveying, Mapping and Geoinformation

SHI Wenzhong(1963—), male, professor of the Yangtze River Scholar, majors in GIS and remote sensing, uncertainty theory.

史文中，陳鵬飛，張效康.地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可靠性分析[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017,46(10)：1620-1626.

10.11947/j.AGCS.2017.20170377.

SHI Wenzhong,CHEN Pengfei,ZHANG Xiaokang.Reliability Analysis in Geographical Conditions Monitoring[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(10):1620-1626. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170377.

P208

A

1001-1595(2017)10-1620-07

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41331175)；國(guó)家測(cè)繪地理信息局科技領(lǐng)軍人才科技資助專(zhuān)項(xiàng)基金

2017-07-03

修回日期： 2017-08-02

史文中(1963—)，男，長(zhǎng)江學(xué)者講座教授，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)與遙感、不確定性理論。

E-mail： lswshi@polyu.edu.hk